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2020年 第10期

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综述与评论
二极管型近红外聚合物光电探测器研究进展
肖建花, 蒋亚东, 王洋, 黎威志, 太惠玲
2020, 42(10): 917-926.
摘要 PDF免费下载(82)
摘要:
近红外聚合物光电探测器的光电特性灵活可调、与柔性基板兼容性好、制备工艺简单且成本低,在航空、军事、工业、医疗等领域具有较大应用前景.近红外聚合物光电探测器的结构类型包括光电导体、光电二极管及光电晶体管,其中光电二极管的研究最为广泛.本文对近红外聚合物光电二极管(near-infrared polymer photodiodes,NIR PPD)的研究进展进行综述:首先,介绍了NIR PPD的光电转换原理;其次,分别从新材料合成和器件结构设计角度,详细讨论了在改善NIR PPD性能方面取得的重要进展;最后,总结全文并提出当前NIR PPD研究存在的挑战及其发展前景.
系统与设计
长距离管道安全智能光纤预警系统研究
白钰, 李金鑫, 邢冀川
2020, 42(10): 927-935.
摘要 PDF免费下载(25)
摘要:
由于长距离石油天然气管道分布范围广、背景环境复杂,光纤预警系统在实际环境中对威胁管道安全的破坏性事件的识别具有较高的虚警率,难以达到保护管道安全的预警效果.本文将深度学习应用于长距离的光纤预警系统中,识别出主要影响预警效果的过车信号以降低系统的虚警率.智能光纤预警系统主要分为两个部分:分布式光纤传感系统和信号识别系统.本文在实际环境中从Φ-OTDR(phase-sensitive optical time domain reflectometry)分布式光纤传感系统采集管道周围的入侵信号,通过CLDNN(convolutional,long short-term memory,fully connected deep neural networks)神经网络建立识别模型实现过车信号的识别.经过训练和盲测,所构建的过车事件的识别模型在实际长距离光纤监测环境下有良好的识别和定位效果,有效地降低了预警系统的误报率.
基于Gm-APDs的低频激光成像探测实验
宋毅恒, 张佳悦, 赵英超, 刘学胜, 王智勇
2020, 42(10): 936-939.
摘要 PDF免费下载(26)
摘要:
针对空中快速运动目标远距离成像探测的需求,推导了适用于点目标的光子级激光主动成像探测公式,搭建基于64×64像元Gm-APDs的光子级成像探测系统,通过低频成像探测实验,实现对4.3 km处点目标的成像探测.实验结果表明,基于Gm-APDs的低频、光子级回波激光成像探测技术,在无需长时间、多次累积探测的情况下,实现对点目标快速成像探测.为破解对远距离、空中快速运动目标的主动成像探测技术难题奠定基础.
红外成像系统中自动对焦功能优化方法研究
杨瑞宇, 吕浩, 龚晓霞, 吴诚, 李学宽, 苏兰, 范明国, 尹敏杰, 杜润来
2020, 42(10): 940-946.
摘要 PDF免费下载(51)
摘要:
为了在红外成像系统中实现高效的自动对焦功能,深入分析和讨论了红外成像系统中自动对焦功能的优化方法及特点.结合具体的工程化应用,提出了一种对图像清晰度评价函数局部随机起伏噪声的估计方法,该方法可以提高自动对焦功能的可靠性,通过将图像清晰度评价函数的灵敏度作为反馈量引入爬坡过程,优化了爬坡算法的收敛速度.其优化方法在工程应用中的实施效果,验证了设计的正确性,优化方法的有效性.
不同环境条件下磷酸盐玻璃滤光片腐蚀特性研究
王乔方, 王冲文, 郑万祥, 刘剑, 罗瑞, 赵远荣
2020, 42(10): 947-952.
摘要 PDF免费下载(24)
摘要:
采用投样试验方法,对磷酸盐玻璃滤光片在万宁热带海洋环境及西双版纳热带雨林环境分别进行自然环境暴露试验,对在两种环境条件下试验的滤光片进行表面形貌观察、腐蚀失重量变化统计及腐蚀速率研究,分析不同环境条件下滤光片的腐蚀特性.试验结果表明,滤光片在热带雨林和热带海洋环境暴露腐蚀规律基本一致,但滤光片在热带海洋环境下的腐蚀速率大于热带雨林环境下的,且相同试验环境下未镀膜的滤光片比镀保护膜MgF2的滤光片腐蚀速率更大.
材料与器件
不同钝化膜对InSb光伏探测器性能影响研究
龚晓霞, 肖婷婷, 杨瑞宇, 黎秉哲, 尚发兰, 孙祥乐, 赵宇鹏, 陈冬琼, 杨文运
2020, 42(10): 953-957.
摘要 PDF免费下载(56)
摘要:
采用3种不同钝化膜制备InSb探测器,测试不同周长/面积比二极管芯片的I-V特性曲线,通过对偏置电压为-0.1 V时的暗电流密度进行比较,分析了表面漏电流对InSb探测器性能的影响.实验结果表明SiO2+SiNx复合膜能大幅度降低器件表面暗电流,C-V测试结果也表明复合钝化膜能大幅度降低了界面固定电荷.将复合钝化膜应用到128×12815μm InSb焦平面探测器上,探测器芯片优值因子R0A≥5×104Ω·cm2,较之前(R0A≈5×103Ω·cm2)得到了极大改善.
有机发光二极管器件白光实现及其色坐标计算
王光华, 张杰, 高思博, 段良飞, 武艳鸣, 周芳, 尹莉, 段登辉, 王丽琼, 季华夏
2020, 42(10): 958-962.
摘要 PDF免费下载(26)
摘要:
白光有机发光二极管可以作为照明、全彩色显示器的光源,成为显示领域研发的重点方向.但白光有机发光二极管的实现还存在性能控制较难,色坐标易漂移等问题.本文通过有机发光二极管器件白光实现及其色坐标计算,初步获得实现白光OLED器件红、绿、蓝三基色的优化比,通过实验验证制备了色坐标为(0.31,0.35)的白光OLED器件,进一步通过理论计算和实验优化,减少红光掺杂浓度和增加绿光掺杂比例,实现接近标准白光(0.33,0.33)的有机发光二极管器件制备.
测量技术
基于RBF网络的红外多光谱辐射测温
席剑辉, 姜瀚
2020, 42(10): 963-968.
摘要 PDF免费下载(27)
摘要:
在目标发射率未知的情况下,建立一种基于RBF(radial basis function)神经网络的红外测温方法.首先推导出目标温度同辐射亮度峰值及其波长之间的强非线性关系,明确神经网络输入变量;然后基于RBF网络对样本数据进行充分学习,建立目标辐射测温模型,该模型不需要发射率输入.利用黑体和钢板目标分别作为测试目标源,验证这种方法,得到黑体测温最大相对误差为0.016％、钢板的最大相对误差为1.08％,验证了本文测温方法的合理性.
图像处理与仿真
基于谱间相关性的高光谱图像稀疏分解算法
王丽, 王威, 刘勃妮
2020, 42(10): 969-977.
摘要 PDF免费下载(26)
摘要:
针对高光谱图像邻近波段相关性强的特点,结合粒子群优化算法的快速寻优能力,提出一种基于谱间相关性的高光谱图像稀疏分解算法.将高光谱图像分组为参考波段图像和普通波段图像,参考波段图像采用粒子群寻优找到最优原子,实现稀疏分解.普通波段图像的最优原子由两部分构成,一部分原子从参考波段图像的最优原子继承而来,继承个数由普通波段图像与参考波段图像的谱间相关性确定,其余原子则由粒子群搜索得到.对高光谱数据集进行稀疏分解,验证算法的分解效率,结果表明,在重构图像精度相当的条件下,稀疏分解速度比正交匹配追踪算法快约18倍.
基于无人机与HSV空间的光伏电池板检测分析
赵玲玲, 汪烨, 刘俊
2020, 42(10): 978-982.
摘要 PDF免费下载(33)
摘要:
针对复杂环境下图像分析的困难性,研究了一种基于HSV空间模型的图像分割与检测方法.首先,利用无人机采集图像,区域分割提取出光伏电池板区域.其次,运用高斯卷积检测裂纹图像的梯度.最后,应用形态学图像处理与HSV空间模型的方法提取遮挡物,计算最小外接矩形面积与其占光伏电池板的比例.该方法能有效地对复杂背景下的光伏图像进行区域分割与检测,具有一定创新性和实用价值.
基于YOLO v3的高压开关设备异常发热点目标检测方法
王永平, 张红民, 彭闯, 郭泓邑
2020, 42(10): 983-987.
摘要 PDF免费下载(29)
摘要:
针对高压开关设备红外图像异常发热点检测中存在目标位置场景复杂和大小不均衡带来的检测准确率下降问题,基于YOLO v3算法,通过添加卷积模块及调整部分超参数对其基础网络架构进行优化,以实现高压开关设备异常发热点的快速检测、识别和定位.同时,建立了用于高压开关设备红外图像异常发热点的数据集,通过训练得出合适的权重.实验结果表明,该检测方法识别速度快,准确率高且具有较强的泛化能力,测试准确率达到91.83％,可将其初步应用于高压开关设备异常发热点目标检测中.
基于区域对比和随机森林的设备故障红外图像敏感区域提取
段礼祥, 刘子旺, 赵振兴, 孔欣, 袁壮
2020, 42(10): 988-993.
摘要 PDF免费下载(23)
摘要:
基于红外图像的设备故障诊断需要从图像中选择敏感区域,由于红外图像具有干扰背景多、对比度低的特点,敏感区域提取过程中需要进行背景移除和图像分割,但常用的二值化分割算法在分割红外图像时易出现过分割问题.因此,本文提出了基于区域对比和随机森林的敏感区域提取方法.首先使用区域对比方法对红外图像进行显著性检测,以去除干扰背景;然后通过OTSU算法进行图像分割,实现敏感区域初步提取;最后结合随机森林分类结果对图像分割过程的阈值进行迭代优化,实现敏感区域的优化提取.经过转子实验台6种不同状态的红外图像数据验证,将本文方法提取出的故障敏感区域用于故障诊断时,分类的准确率提高了3.3个百分点,比人工选择的区域更加准确.
一种风驱动优化Tsallis相对熵的图像多阈值分割方法
李粉红, 卢晶, 张志光
2020, 42(10): 994-1000.
摘要 PDF免费下载(22)
摘要:
本文提出了一种风驱动优化Tsallis相对熵的图像多阈值分割算法.首先分析了Tsallis相对熵阈值分割原理,并将其推广到多阈值分割.利用高斯分布拟合分割后的图像直方图信息,利用Tsallis相对熵作为衡量最佳分割阈值的度量函数.将风驱动优化算法与Tsallis相对熵度量函数结合,求解Tsallis相对熵函数的最优解,提高阈值分割算法的速度.最后将所提算法与穷举法、粒子群算法做比较,并且与经典的Otsu算法和基于二维熵的多阈值分割法进行对比.实验结果表明所提算法速度快、准确性高能够用于图像的多阈值分割.
无损检测
基于单尺度Retinex与改进的K-均值聚类的涡流热成像缺陷检测
张庆宇, 范玉刚, 高阳
2020, 42(10): 1001-1006.
摘要 PDF免费下载(26)
摘要:
在利用涡流红外热成像技术检测金属材料损伤缺陷时,因热波属于衰减波,且热波三维热扩散等问题,导致采集的红外图像中缺陷部位模糊.针对该问题,提出一种基于单尺度Retinex与改进的K-均值聚类的缺陷检测方法,用于处理红外图像特征增强、图像分割和边缘特征提取等问题.该方法首先利用单尺度Retinex(single-scale Retinex,SSR)对红外热图像进行图像增强,强化缺陷特征,然后利用改进的K-均值聚类算法对图像进行分割,最后采用数学形态学算法处理图像,去除缺陷图像中无用信息,并利用Canny算子检测出缺陷边缘.实验结果证明,该方法有效地检测出金属材料试件缺陷,并提取出完整清晰的缺陷边缘.
微光技术
日盲紫外辐射的大气传输与大气温度关系的理论模型
潘浩, 马仪, 周仿荣, 马御棠, 钱国超, 文刚
2020, 42(10): 1007-1012.
摘要 PDF免费下载(27)
摘要:
近些年来,日盲紫外探测在电力检测方面得应用越来越广泛.本文基于大气温度轮廓线与国际公认的大气传输特性模拟软件包MODTRAN,针对大气温度对日盲紫外大气传输的影响进行模拟分析,通过分波长分析与曲线拟合,最终得出大气温度对紫外大气传输的关系式,并通过实验验证了所建立的关系式的准确性.通过模拟关系式,可以对大气温度对大气传输进行量化分析,促进日盲紫外在大气传输的特性研究,提高电晕检测的准确度.

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